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《中国科学院烟台海岸带研究所在贝类寿命研究中取得进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2022-10-18

  • 抗衰老机制一直是生命科学前沿热点问题，这个问题在人类和陆生模式生物中已进行了较为深入广泛的研究，但是鲜有关于海洋无脊椎动物寿命决定机制的研究报道。紫扇贝和海湾扇贝同为Argopecten属扇贝，但在长期进化的过程中演化出截然不同的寿命。海湾扇贝的寿命一般不超过14个月，而紫扇贝的寿命可长达7-10年，海湾扇贝与紫扇贝的种间杂交一代寿命比海湾扇贝显著延长，且表现出极其显著的生长优势，因此紫扇贝和海湾扇贝是研究自然条件下海洋动物寿命决定机制的理想模型。中国科学院烟台海岸带研究所王春德研究团队利用生物信息学和分子生物学技术开展系统研究，首次揭示了IIS通路核心基因的遗传变异在两种扇贝寿命决定中的重要作用。相关研究成果分别发表于Aquaculture和Frontiers in Physiology。

    胰岛素/IGF-1信号（IIS）通路是陆生模式生物调控其衰老和寿命的保守途径，其中FoxO和PTEN作为重要调节器在该通路中起着关键的调控作用。团队利用前期完成的紫扇贝和海湾扇贝的高质量基因组，通过生物信息学分析发现FoxO和PTEN在进化过程中受到了选择，PTEN的特征基序HCxxGxxR邻近位点和FoxO蛋白邻近AKT磷酸化位点的氨基酸发生了变异。此外，两种扇贝的FoxO在转录激活结构域附近发生了变异，可能会导致不同的FoxO转录活性。因此，推测这些关键位点的变异可能导致FoxO和PTEN活性的改变。在陆生模式生物中，营养限制可导致IIS通路活性被抑制，提高FoxO和PTEN的活性，从而延长寿命。团队发现，营养限制导致两种扇贝的FoxO和PTEN表达均显著上调，但海湾扇贝对营养限制响应速度更快、幅度更大。电离辐射刺激后，紫扇贝的死亡率显著低于海湾扇贝，表现出更强的抗损伤和修复能力。辐照后FoxO的表达量在紫扇贝闭壳肌中显著升高，而在海湾扇贝中显著降低；PTEN的表达量在紫扇贝闭壳肌中显著升高，而在海湾扇贝中则无显著变化。敲降FoxO和PTEN基因的表达后，抗氧化酶SOD和CAT基因的表达量显著降低，同时老化标志酶β-半乳糖苷酶活性显著升高。这些研究结果表明，IIS通路的核心基因FoxO和PTEN可通过营养感受、DNA损伤修复、抗氧化等作用实现代谢保护、基因组稳定性维持以及有害自由基消除，从而证明IIS通路关键基因的遗传变异在海湾扇贝和紫扇贝的寿命决定中发挥重要作用。研究结果将为动物寿命决定机制的研究提供新思路，提升对动物衰老和寿命决定机制理论的认知，同时可为培育长寿命杂交扇贝提供理论基础，具有较高的理论意义和应用价值。

    该研究获得国家自然科学基金、山东省农业良种工程项目、山东省贝类产业技术体系和烟台市科技计划项目的支持。中国科学院烟台海岸带研究所王媛（博士研究生）和许瀚之分别为两篇论文的第一作者，卢霞副研究员为两篇论文的通讯作者。

    论文信息：Yuan Wang, Xia Lu*, Chunde Wang, Junhao Ning, Min Chen, Ke Yuan, 2022. Potential roles of FoxO in promoting longevity in larger Argopecten scallops. Aquaculture, 561: 738690. DOI: 10.1016/j.aquaculture.2022.738690.

    Hanzhi Xu, Xia Lu *, Chunde Wang, Junhao Ning, Min Chen, Yuan Wang, Ke Yuan, 2022. Potential roles of PTEN on longevity in two closely related Argopecten scallops with distinct lifespans. Frontiers in Physiology, 1386. DOI: 10.3389/fphys.2022.872562

    论文链接：

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0044848622008079

    https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.872562/full?utm_source=dlvr.it&utm_medium=twitter

  • 原文来源：http://www.yic.cas.cn/ky/kydt/202210/t20221010_6522521.html
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相关报告

  • 《中国科学院烟台海岸带研究所在海洋防污损聚合物膜电位型传感器研究中取得系列进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2022-10-18
    • 开展海洋环境要素以及环境污染物长期原位监测，对于海洋生态环境评价与可持续发展具有重要意义。聚合物敏感膜电位型传感器具有体积小、操作简单、不受样品颜色及浊度影响等优点，在海洋环境长期原位监测中展现出良好的应用前景。然而，聚合物敏感膜的表面疏水性强，在海洋环境中极易吸附蛋白质、油类、微生物等物质，从而在电极膜表面引发污损，导致检测信号失真、使用寿命缩短等严重问题。为此，中国科学院烟台海岸带研究所秦伟研究员课题组对防污损传感器进行了系统研究，取得了系列研究进展。 为了减少亲脂性有机物质（如蛋白质、油等）在传感器表面的附着，课题组开发了基于亲水性涂层的防污损策略。采用贻贝仿生多巴胺表面修饰方法，将亲水性的聚多巴胺修饰于聚合物敏感膜表面，改善了聚合物敏感膜的表面亲水性，有效降低了蛋白质在传感器表面的附着，提高了传感器的防污损性能（Anal. Chem., 2019, 91(10), 6424-6429）。此外，进一步采用多巴胺辅助共沉积表面修饰方法，将两性离子聚合物-聚甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯（PSBMA）修饰到聚合物敏感膜表面，借助PSBMA结合水分子的能力，显著提高了聚合物敏感膜的水下疏油角（达到141.5o），所构筑的传感器对油类污染物展现出优异的自清洁能力（Anal. Chem., 2021, 93(18), 6932-6937）。 微生物污染物具有生长和繁殖能力，即使有少量的微生物附着在传感器表面，它们也能够通过不断地生长和繁殖，形成遍布整个传感器表面的生物膜，造成严重的传感器污损。为解决这一问题，课题组发展了具有释放杀菌功能的聚合物敏感膜电位型传感器。以环境友好且具有杀菌性能的有机小分子6-氯吲哚作为防污活性材料，采用掺杂法将防污材料引入聚合物敏感膜中，构建了具有自灭菌功能的传感器。研究结果显示，6-氯吲哚能够有效杀灭附着于传感器表面的微生物，达到缓解微生物污损的效果；聚合物敏感膜中的6-氯吲哚释放缓慢，传感器对微生物的灭杀性能可保持45天。该防污损方法在传感器原位、长期监测中具有广阔的应用前景（Anal. Chem., 2020, 92(18), 12132-12136）。 为了进一步提高传感器的防污损能力，课题组发展了防附着和杀菌相结合的防污损策略，通过将具有亲水性和抗菌性的纳米材料同时引入传感器表面，构建具有防止污染物附着和抑制生物膜形成双重功能的聚合物敏感膜电位型传感器。采用层层自组装法将氧化石墨烯（GO）修饰于聚合物敏感膜表面，利用GO的亲水性提高聚合物敏感膜的表面亲水性，从而降低海洋微生物在传感器表面的附着量。此外，GO还具有接触杀菌性，突破了防附着屏障的少量微生物能够被GO灭杀，抗菌率达到了53.1%（Anal. Chem., 2019, 91(20), 13268-13274）。为了提高传感器表面抑制生物膜形成的能力，利用亲水性的聚多巴胺将具有更强杀菌能力的银纳米颗粒修饰于传感器表面。研究结果显示，修饰的电极表面细菌粘附数量降低了31.5%，抗菌率达到了93.3%（Sens. Actuators, B, 2021,328,129014）。考虑到传感器表面防污活性材料流失以及生物膜逐渐堆积对传感器的防污损能力带来的不利影响，课题组进一步研制了可更新式防污损聚合物敏感膜电位型传感器，合成了具有亲水性和抗菌性的磁性纳米颗粒作为防污活性材料，利用磁控自组装技术将防污活性材料修饰于聚合物敏感膜表面，通过调控外加磁场实现防污活性材料的快速更新（Anal. Chem. 2022, 94, 34, 11916–11924）。 此外，课题组基于在防污损聚合物膜电位型传感器领域的研究积累，近期在《Trends in Analytical Chemistry》期刊上发表了题为“Anti-fouling polymeric membrane ion-selective electrodes”（防污损聚合物膜离子选择性电极）的综述论文（TrAC Trends Anal. Chem., 2022, 150,116572）。文章系统介绍了聚合物膜离子选择性电极在复杂环境中的污损机理，讨论了电极的防污损策略，归纳总结了防污损电极的制备方法，并对未来防污损电极的发展进行了展望。该综述对于防污聚合物膜离子选择性电极的研制以及促进电极在复杂环境样品中的应用具有一定的指导意义。 上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（2016YFC1400700）、国家自然科学基金委-山东省联合基金项目（U2006208）、中国科学院海洋大科学中心重点部署项目（COMS2020J06）等多项的资助。　 相关论文： 1) Longbin Qi, Rongning Liang, Tianjia Jiang*, Wei Qin*. Anti-Fouling Polymeric Membrane Ion-Selective Electrodes. TrAC Trends Anal. Chem., 2022, 150,116572. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.trac.2022.116572 2) Zhe Liu, Tianjia Jiang*, Wei Qin*. Polymeric Membrane Marine Sensors with a Regenerable Anti-Biofouling Coating Based on Surface Modification of a Dual-Functionalized Magnetic Composite. Anal. Chem. 2022, 94, 34, 11916–11924. 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.2c02672 3) Longbin Qi, Tianjia Jiang, Rongning Liang, Wei Qin*. Enhancing the Oil-Fouling Resistance of Polymeric Membrane Ion-selective Electrodes by Surface Modification of a Zwitterionic Polymer-Based Oleophobic Self-Cleaning Coating. Anal. Chem., 2021, 93(18), 6932-6937. 论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c01116 4) Longbin Qi, Tianjia Jiang, Rongning Liang*, Wei Qin*. Polymeric membrane ion-selective electrodes with anti-biofouling properties by surface modification of silver nanoparticles. Sens. Actuators, B, 2021,328,129014. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129014 5) Tianjia Jiang, Longbin Qi, Chao Hou, Shengtao Fang, Wei Qin*. Self-Sterilizing Polymeric Membrane Sensors Based on 6-Chloroindole Release for Prevention of Marine Biofouling. Anal. Chem., 2020, 92(18), 12132-12136. 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c03099 6) Tianjia Jiang, Longbin Qi, Wei Qin*. Improving the environmental compatibility of marine sensors by surface functionalization with graphene oxide. Anal. Chem., 2019, 91(20), 13268-13274. 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b03974 7) Xiaojing Jiang, Peng Wang, Rongning Liang*, Wei Qin*. Improving the biocompatibility of polymeric membrane potentiometric ion sensors by using a mussel-inspired polydopamine coating. Anal. Chem., 2019, 91(10), 6424-6429. 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.9b00039 　　
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  • 《中国科学院烟台海岸带研究所在大气沉降对近海水体碳和营养盐循环影响方面取得系列研究进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-05-04
    • 大气沉降是海洋生态系统中碳和营养盐等生源要素的主要来源之一，对海洋生物地球化学循环过程具有显著影响。中国科学院烟台海岸带研究所环境灾害监测评估团队以山东半岛北部养马岛海域为代表性研究区域，在大气沉降对近海水体碳和营养盐循环影响研究中取得系列重要进展。该海区是北黄海重要的扇贝养殖区，近年来在全球变暖大背景以及区域性人类活动的影响下，该海域夏季水体缺氧和酸化现象频发，妨碍了扇贝养殖产业的健康发展。研究团队基于对大气总悬浮颗粒物（TSP）及降水样品中碳和营养盐的分析，报道了养马岛附近海域大气颗粒物中水可溶性有机质、营养盐和颗粒有机质及降水中溶解有机质、营养盐和颗粒有机质的季节变化规律，量化了大气干湿沉降输入的有机碳和营养盐对于该海域海水中碳收支的贡献，证实了大气干湿沉降过程是该海域海水中碳的重要来源，探讨了大气沉降过程与区域海水体碳循环和夏季水体低氧现象之间的联系，有助于深入认识大气干湿沉降输入对近海生态系统的综合影响。相关成果相继在Science of the Total Environment和Marine Pollution Bulletin发表论文6篇。 结果表明，干沉降输入的颗粒有机碳（POC）年通量约为水可溶性有机碳（WSOC）的4.1倍；对于湿沉降，POC的年通量约为溶解有机碳（DOC）的46.7%；因此，大气中的POC主要通过干沉降过程输入到海水中，其贡献为71.1%，而水可溶性有机碳和溶解有机碳的情况则相反；如果将大气沉降对海水中有机碳的间接输入也考虑在内，即干湿沉降的养分输入所支持的新生产力贡献的有机碳，大气沉积对研究海域的总有机碳输入达12.0 gC/m2/a，表明大气沉降在近海生态系统碳循环中具有重要作用（Xie et al., STOTEN 2023, 876: 162715）。不同季节TSP中总有机碳（TOC）的来源组成具有显著差异，而总氮（TN）在不同季节具有相似的来源组成；生物质源为TSP和TN的主要来源，其贡献分别为55.5±10.8%和57.3±11.7%；化石燃料燃烧是TOC主要来源，其贡献为47.7±3.4%；春季、夏季和秋季大气沉降对于表层海水悬浮颗粒物（SPM）的贡献分别为17.2±6.7%、10.2±2.0%和18.0±11.0%，表明大气TSP是表层海水SPM的重要来源之一；对于表层海水中的POC而言，春季、夏季和秋季大气沉降的贡献分别为35.2±3.5%、19.2±7.4%和25.5±7.9%，证实大气沉降过程对于近海颗粒碳循环具有重要的影响（Xie et al., STOTEN 2023, 854: 158540）。 TSP中WSOC、有色溶解性有机质（CDOM）和荧光溶解性有机质（FDOM）的含量在冬春季要明显高于夏秋季，主要与不同季节WSOM的来源差异及大气老化过程有关；WSOC的年干沉降通量可以将表层海水的DOC浓度提高10.2 μmol/L，从而对于维持表层水体的次级生产力有重要贡献，在一定程度上影响了研究海域内的碳循环过程；此外，由干沉降进入表层海水的WSOC中生物可利用部分在好氧分解的条件下可导致水体溶解氧（DO）浓度降低~4.8 μmol/L（Xie et al., STOTEN 2022, 818: 151772）。秋季湿沉降中DOC的浓度显著高于其他季节，而冬季湿沉降中有色溶解有机质（CDOM）及类腐殖质组分的荧光溶解有机质（FDOM）浓度最高，主要与不同季节溶解有机质的来源差异及降水的稀释效应有关；通过湿沉降过程向该海域输入的DOC通量为6.31×108 gC/a，约占研究海域海水中DOC储量的4.0%；单次降水事件可使该海域表层水体中生物可利用性DOC的浓度提高0.57±0.54 μmol/L，占异养细菌次级生产每日所需有机碳的12.1±11.4%；5月至8月期间，湿沉降输入的DOC中生物可利用性部分在好氧分解条件下可使表层海水DO浓度降低5.3-8.5 μmol/L/month（Xie et al., STOTEN 2022, 844: 157130）。 降水中营养盐N和Si的浓度在秋季较高、夏季较低，而P的浓度在冬季和春季较高，溶解无机氮（DIN）的湿沉降通量为69.2 mmol/m2/a，占水体DIN外源输入通量的比例为34.4%；大气湿沉降中N/P比显著高于海水中N/P比及Redfield比值，可能会加剧水体中溶解态无机氮磷比的不平衡，促进海水中浮游植物优势种群由硅藻向甲藻的转变，从而不利于区域内海湾扇贝的生长；受强降水过程的影响，夏季DIN和水溶性有机氮（DON）的湿沉降通量高达30.1和4.98 mmol/m2，可支持水体19.3%的新生产力，该部分新生产力占区域内扇贝所摄食颗粒有机碳总量的比例为16.4%（Xie et al., MPB 2022, 182: 114036）。人为活动是TSP中水可溶性无机氮和有机氮（WSDIN和WSDON）的主要来源，沙尘是水可溶性无机磷（WSDIP）和硅酸盐（WSDSi）的主要来源，而水可溶性有机磷（WSDOP）可能来源于海洋生物活动；WSDIN、WSDON、WSDIP、WSDOP和WSDSi的大气干沉降通量分别为21.8、2.7、0.10、0.30和0.73 mmol/m2/a；总体而言，冬季通过大气干沉降获得的生物可利用氮支持的海水新生产力达9.14 mgC/m2/d；大气干沉降输入的DIN/DIP摩尔比的年平均值为216±123（Xie et al., MPB 2021, 172: 112866）。 上述论文为中国科学院战略性先导科技专项（A类）“‘美丽中国’生态文明科技工程专项”子课题“海洋生态环境灾害综合防控技术与示范”（XDA23050303）的研究成果之一，由烟台海岸带所2020级博士研究生谢磊为第一作者，高学鲁研究员为通讯作者。 相关论文详情： 1. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Zhao, J., Xing, Q., 2023. The joint effects of atmospheric dry and wet deposition on organic carbon cycling in a mariculture area in North China. Science of the Total Environment, 876: 162715. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723013311 2. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Yuan, H., Li, X., Song, J., Zhao, J., Xing, Q., 2023. Atmospheric deposition as a direct source of particulate organic carbon in region coastal surface seawater: Evidence from stable carbon and nitrogen isotope analysis. Science of the Total Environment, 854: 158540. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972205639X 3. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Wang, B., Zhao, J., Xing, Q., 2022. Biogeochemical properties and fate of dissolved organic matter in wet deposition: Insights from a mariculture area in North Yellow Sea. Science of the Total Environment, 844: 157130. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722042279 4. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Lv, X., Zhao, J., Xing, Q., 2022. Atmospheric dry deposition of water-soluble organic matter: An underestimated carbon source to the coastal waters in North China. Science of the Total Environment, 818: 151772. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721068480 5. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Wang, B., Zhao, J., Xing, Q., 2022. Atmospheric wet deposition serves as an important nutrient supply for coastal ecosystems and fishery resources: Insights from a mariculture area in North China. Marine Pollution Bulletin, 182: 114036. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X22007184 6. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Lv, X., Zhao, J., 2021. Perpetual atmospheric dry deposition exacerbates the unbalance of dissolved inorganic nitrogen and phosphorus in coastal waters: A case study on a mariculture site in North China. Marine Pollution Bulletin, 172: 112866. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X21009000
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